Degraderen van electronica componenten bij intensief gebruik

[_Dune_]

Mijn vraag is in principe gericht op VGA kaarten, maar het gaat voornamelijk over de afzonderlijke componenten, daarom een topic in dit subforum.

Er zijn nogal wat discussies te vinden over grafische kaarten die gebruikt zijn voor mining en de levensduur als deze dienst gaan doen waar ze in eerste instantie voor bedoeld waren o.a. gamen. Veel personen geven weinig meer om een dergelijke kaart, omdat deze in een paar maanden tijd heel intensief gebruikt is.

Men geeft aan dat de electronica op de kaart degradeerd alleen al door gebruik wat weer harder gaat door de entensitifiteit ervan. Zover ik weet is de grootste stres factor bij het gebruik van een grafische kaart het warm worden en weer afkoelen als deze wisselende belasting heeft. Bij hoge belasting zal de temperatuur op lopen waarbij het materiaal van allen componenten uitzet en bij afnemende belasting zullen alle componenten weer afkoelen waardoor alles weer krimpt. Volgens mij is dit mechanisch uitzetten en weer inkrimpen het meest stres volle voor een grafische kaart.

Wanneer je nu bij mining ervoor zorgt dat de kaart(en) op een constante temeperatuur blijft, natuurlijk het liefts zo laag mogelijk onder de max van betreffende kaart. Doordat de belasting constant is zullen er practisch geen temperatuur wisselingen plaatsvinden dus ook geen mechanise uitzetting of inkrimping.

Naar mijn idee zou de levensduur van een grafisch kaart niet zo heel hard achteruit moeten gaan als de kaart op de juiste manier gebruikt wordt in een ming systeem of zie ik nog iets over het hoofd?

[johnkeates]

Je kan dan eigenlijk het beste gewoon de datasheets van de componenten langs gaan, daar staat in beschreven hoe het gebruik van een component de levensduur en/of performance beïnvloedt. Bij dit soort zaken heeft nattevingerwerk meestal niet zo veel zin, en gezien de fabrikanten van de onderdelen alles zelf al getest hebben voor een product op de markt te zetten (en dat is dus ook bijv. voor simpele passieve SMD componenten als condensatoren en weerstandjes zo) kan je die informatie dan net zo goed direct gebruiken in plaats van het wiel opnieuw proberen uit te vinden (of te speccen ). Het is natuurlijk wel zo dat een compleet product als een videokaart met alles bij elkaar weer extra wisselwerking betekent tussen de componenten, en je kan niet alle gegevens voor je kaart vinden (waarschijnlijk), maar het is wel een heel goed begin om uit te vinden hoe je de levensduur kan bepalen.

[rdejongjr]

Kort gezegd, ja de kaarten slijten enorm snel van mining activiteit.

Van de 7950/70 series helaas veel retour gezien met mosfets en condensatoren die in rook zijn opgegaan.
Nooit direct een beschrijving erbij dat deze tijdens het minen ineens ermee ophield, maar wel duidelijk extreme hitte/stress sporen bij het power gedeelte.

Vooral berucht waren:
7950 with boost van sapphire 8/10 keer geen beeld meer na het laden van de drivers, of bij opnieuw testen een mosfet die de magische blauwe rook laat ontsnappen.

7XXX van club 3d, wanneer bij dit merk het power gedeelte "op" is vliegen de stukken je om de oren.
(vonken en veel rook, altijd leuk)

Zelfs bij de merken die hun power gedeelte en koeling wel redelijk in elkaar staken kwamen er zo nu en dan exemplaren voorbij waarbij de printplaat zelf of onderdelen op de achterkant weer veel te heet werden.

Echt goed koelen is erg lastig, sommige kleine componenten gaat zoveel stroom doorheen dat ze zelfs met een tafelventilator erop alsnog bloedheet worden.
Mocht je een 2e handse kaart willen kopen, let dan vooral op grote verkleuring van het pcb, geeft redelijk aan of de kaart extreem heet is geweest.

[Infant]

Dit is niet een gemakkelijke vraag die met een ja/nee te beantwoorden is, dus ik ben benieuwd wat er voor een discussie volgt.

Je noemt twee dingen, temperatuur, en temperatuur variaties. Het resultaat van voornamelijk de tweede, temperatuur variaties, zijn talloze voorbeelden te noemen waar hardware zelfs bij normaal gebruik massaal >5% vroegtijdig de geest geeft <5 jaar. I.e. de XBox en Playstations zijn goede voorbeelden, waar voornamelijk de matige koeling al gevolg had dat de gpu's van het pcb af dreven.

Nvidia heeft ook talloze laptop ranges van verscheidene fabrikanten waar een voornamelijk onder bemeten koeling en de stress van 'het laptop zijn' voor allerlei problemen zorgde. Neem de Dell 1530, Dx30 serie, zo'n beetje alle Pavillions van HP met een Nvidia GPU er in.

De meeste van deze problemen worden ook wel toegeschreven aan een "verkeerd" reflow process, wat als gevolg heeft dat de verbinding tussen IC en PCB minder dan optimaal is en gemakkelijker faalt, maar dit uit zich pas als het langdurig aan hoge temperaturen/temperatuur variaties is bloot gesteld.

Deze problemen blijken meestal pas achteraf, nadat het meer dan een jaar op de markt is.

Het andere geval, een constant verhoogde temperatuur zou je het probleem richting de voeding kunnen verplaatsen: de condensatoren die hier toegepast worden, hebben over het algemeen een kortere levensduur bij een hogere temperatuur in verhouding tot de overige componenten (van een spoel bijv. heb ik nog nooit een levensduur getal in een datasheet gezien). Een goede kwaliteit condensator is bijv. gespekt op 10k hrs bij 85 graden C. Dat is net iets langer dan een jaar continue aan, daarna is het anyone's guess hoe lang hij het nog blijft doen.

Een beetje videokaart wil wel 85 graden worden, zekers als je gaat minen, en afhankelijk van het merk wil er nog wel eens bezuinigd zijn op de kwaliteit van deze onderdelen. Als het power gedeelte verder ook nog eens heel krap bemeten is, heeft de component degradatie sneller een merkbaar gevolg, en spatten zoals rdejong zegt de componenten om je oren.

Bij videokaarten heb ik beide problemen waargenomen, (chips die niet meer werken, power gedeelte wat plof doet) en ik kan niet zeggen dat ik de ene significant vaker heb waargenomen dan de andere. Vooral de 79xx serie van amd inderdaad, en de 47xx worden ook niet grappig warm (95 graden tijdens een spelletje is heel normaal.)

[_Dune_]

Het komt dus toch voornamelijk neer op warmte stress en niet zozeer, omdat een component een X aantal uren meegaat, als ik de reactie zo lees. Tuurlijk heeft alles zijneigen levensduur weerstanden, condensatoren en IC's, maar de grootste factor en de breedste zin van het woord is warmte.

Ik had het algemeen willen houden, maar om het toch iets concreter te maken als je nu een pricewatch: Sapphire R9 290 4GB GDDR5 OC TRI-X deze in meerdere systemen gebruikt welke in een datacenter zijn gehangen met goede klimaat beheersing. Door de klimaat beheersing blijven de fantolatoren op 50% draaien. Dan zou je zeggen dat de kaarten niet schrikbarend warm/heet worden en door de constante klimaat beheersing blijft de temperatuur ook constant.

Maakt het nu nog erg veel uit dat betreffende kaarten een aantal maanden 7/24 hebben gedraaid, is dit nogsteeds een grote aanslag op de levensduur?

[Sissors]

De GPU zelf slijt ook harder door continue gebruik (elektronmigratie, en meerdere effecten die het gate-oxide van transistoren beschadigen). Ik ga er vanuit dat ze bij GPUs zich niet zo druk maken over levensduur als bij andere zaken (zoals ICs voor in een auto), en sowieso zijn consumenten kaarten natuurlijk nooit bedoelt om continue volle kracht te lopen, dus dat kan wel relevant zijn.

Of dat echt daadwerkelijk in de praktijk een probleem vormt durf ik echter echt niet te zeggen.

[Flake]

Check mijn sig, daar staat je antwoord. Kritiek punt van IC's is 85 graden en als je de tolerantie van je sensor in acht neemt betekent dit dat je onder de 80 graden safe moet zitten. Dat moet makkelijk te halen zijn. Maar als jouw kaart ESD schade heeft en het wordt heet degraderen ze ontzettend hard. Zeker als je 24/7 draait met een product dat heet wordt en je hebt geen maatregelen genomen tegen ESD dan haal je geen lange levensduur.

[ Voor 83% gewijzigd door Flake op 09-11-2014 10:21 ]

[Sissors]

Maar je kan normaal ervan uitgaan dat er geen ESD schade is. Dat als er ESD schade is het nog sneller kan gaan in sommige situatie dan zonder ESD schade geloof ik wel, maar als die schade er is, heb je sowieso een probleem. En de kans op ESD schade wordt niet groter bij 24/7 draaien.

Wat ik nog bedacht, als je puur naar de kaart kijkt en niet naar de componenten eromheen, als je puur kijkt naar reliability van zo'n kaart: Als hij voor 10 jaar gespecced is, dan zal dat 10 jaar bij bijvoorbeeld 1 uur per dag bij normale belasting zijn (gamen is minder intensief dan minen). Oftewel als hij fulltime mined, is dat al snel een 24:1 verhouding tov waar hij voor bedoelt is geweest. 3 maanden minen is dan equivalent van 6 jaar normaal gebruik (waarbij ik uiteraard wat getallen hier gegokt hebt).

[Flake]

Sissors schreef op zondag 09 november 2014 @ 10:55:
Maar je kan normaal ervan uitgaan dat er geen ESD schade is. Dat als er ESD schade is het nog sneller kan gaan in sommige situatie dan zonder ESD schade geloof ik wel, maar als die schade er is, heb je sowieso een probleem. En de kans op ESD schade wordt niet groter bij 24/7 draaien.

ESD wordt veroorzaakt tijdens het installeren, niet tijdens gebruik. Als je zonder bescherming zo'n kaart in je PC prikt, dan heb je schade.

[_Dune_]

Flake schreef op zondag 09 november 2014 @ 11:12:
[...]
ESD wordt veroorzaakt tijdens het installeren, niet tijdens gebruik. Als je zonder bescherming zo'n kaart in je PC prikt, dan heb je schade.

Eén week ik naar inmiddels 18 jaar met dergelijke zaken bezig geweest te zijn dat een VGA kaart niet per definitie defect raakt m.b.t. ESD als je geen voorzorgsmaatregelen hebt getroffen. Je moet zo'n kaart niet met je volledige hand beetpakken, maar je beperken tot de randen.

[Flake]

Ook via de randen kun je ESD introduceren. Je hoeft de landingplane van één willekeurig component aan te raken en het is zap. Omdat je kracht moet zetten om die kaart in de connector te krijgen vouwt je duim mooi om de rand heen. Niks raken met alleen je blote handen is aan de achterkant bijna niet te doen.

[Hans1990]

Vaak zie je ook ESD bescherming/diodes bij connectoren om ESD klappen op te vangen. Kans is groot (bvb met een USB of power jack op een laptop) dat je met je vinger zoekt waar de connector zit, en op dat moment een vonk(je) kan 'overslaan'.

Intern is die bescherming er niet of maar zeer beperkt. Je kan een kaart ook makkelijk beschadigen als je hem langs de randen vastpakt; je kan alsnog een vonk hebben die een paar mm naar binnen overslaat op een component.
ESD schade is soms erg gemeen dat het pas na enkele maanden of jaren tot uiting komt en bij installatie er niets van merkt.

Infant schreef op zaterdag 08 november 2014 @ 12:44:
Het andere geval, een constant verhoogde temperatuur zou je het probleem richting de voeding kunnen verplaatsen: de condensatoren die hier toegepast worden, hebben over het algemeen een kortere levensduur bij een hogere temperatuur in verhouding tot de overige componenten (van een spoel bijv. heb ik nog nooit een levensduur getal in een datasheet gezien). Een goede kwaliteit condensator is bijv. gespekt op 10k hrs bij 85 graden C. Dat is net iets langer dan een jaar continue aan, daarna is het anyone's guess hoe lang hij het nog blijft doen.

Condensatoren datasheets geven vaak "endurance specifications" aan. Dat is hun specificatie nadat ze blootgesteld zijn aan hun die stress voor x duizend uren. Die specificatie zit nog een toleratnei aan (+/-30% is niet ongewoon). Wat hun levensverwachting daarna is, is lastig te zeggen. Ligt ook deels aan het circuit. Een DC/DC converter zal flinke rimpel stromen door een condensator gooien, waardoor een lage ESR erg belangrijk is (hoge ESR = meer zelfwarming). Wanneer die ESR oploopt, wordt de condensator warmer en gaat die nog sneller slijten.

De slijtage slag is dan ook een sterke functie van de temperatuur. Vuistregel die vaak gehanteerd wordt is dat bij elke +10C de slijtage 2x zo snel verloopt.
Let wel; je meet de interne GPU temperatuur met je kaart. Maar stel jouw condensatoren zouden door de warmte ook opgewarmt zijn tot 65C, en intern ook nog 20C opwarming hebben door het gebruik in de schakeling.. dan zit die condensator ook op 85C.

Je ziet daarom ook temperatuur gebruikt worden voor een "accelerated life time" test. Voor deze vorm van slijtage stoppen ze het product in een oven van bvb 50C (of nog meer als het apparaat weinig eigen-warmte produceert), en kunnen ze binnen een korte tijd (bvb 1 week) enkele jaren product gebruik simuleren.

Je kan nog wel meer accelerated life time tests verzinnen; zoals shock/vibratie, piek belasting/spanningen, enz. De mechanische stress door opwarming/afkoeling was een groot probleem toen het lood-vrij procede nog erg jong was. Zie de reflow/reballing markt.

[Sissors]

Flake schreef op zondag 09 november 2014 @ 11:12:
[...]

ESD wordt veroorzaakt tijdens het installeren, niet tijdens gebruik. Als je zonder bescherming zo'n kaart in je PC prikt, dan heb je schade.

Ik weet wat een ESD is. En daarom is dus ook mijn opmerking: Dat heeft bijzonder weinig te maken met intensief gebruik van de kaart, en veel meer met het installeren ervan.

[naftebakje]

Hans1990 schreef op zondag 09 november 2014 @ 12:55:
[...]Je ziet daarom ook temperatuur gebruikt worden voor een "accelerated life time" test. Voor deze vorm van slijtage stoppen ze het product in een oven van bvb 50C (of nog meer als het apparaat weinig eigen-warmte produceert), en kunnen ze binnen een korte tijd (bvb 1 week) enkele jaren product gebruik simuleren.

Je kan nog wel meer accelerated life time tests verzinnen; zoals shock/vibratie, piek belasting/spanningen, enz. De mechanische stress door opwarming/afkoeling was een groot probleem toen het lood-vrij procede nog erg jong was. Zie de reflow/reballing markt.

Jij hebt het wellicht over HALT (highly accelerated life test), dat heeft (in de markt waar ik in werk toch) geen enkele zin op constante temperatuur. De truuk is dat je je toestel kapot maakt door stress, en dan kijkt wat er sneuvelt en eventueel je design kan wijzigen tot je de gewenste MTBF haalt. Daarbij ga je extreem snel opwarmen en afkoelen (vloeibare stikstof rechtstreeks op je toestel blazen) terwijl de toestellen ook volop aan het vibreren zijn.
Wordt AFAIK ook vaak bij consumententoestellen gedaan, maar daar zijn de specs heel wat minder.

Ook het inbranden wordt vaak bij consumententoestellen gedaan, korte tijd warm en koud om de DOA's in de fabriek al te doen uitvallen (is goedkoper dan garantieafhandeling).

Wat ik zie bij onze high-end apparatuur, is dat we ESD-schade (zie je niet, ruik je niet, kan je nauwelijks bewijzen dus op basis van "gut feeling) grotendeels in de eerste uren spelen zien uitvallen, maar we doen er ook wel alles aan om ESD te vermijden.

Grootste uitval-factor zal imho de klassieke slijtage zijn van de gekende componenten: electrolytische condensatoren die uitdrogen (vaak expres onvoldoende goed gekozen om goedkoper te zijn), bepaalde types diodes die gekend wat zwakker zijn, RAM chips zijn soms al defect voor je ze deftig gebruikt hebt (en als dat net in een stukje zit die niet gebruikt wordt tot je een firmware update doet...), de power-componenten die het heetst worden en dus het snelst slijten,...